美國研究人員首次設計出一個完全連接的32位量子比特離子阱量子計算機寄存器，向開發實用量子計算機邁出了重要一步。
將在首屆OSA量子2.0會議上展示新的硬體設計，該會議將於9月14-17日與OSA Frontiers in Optics and Laser Science APS/DLS（FiO + LS）會議作為全虛擬活動共同舉辦。
傳統電腦使用的是0和1，量子電腦雖然也使用0和1，但量子電腦的0與1可以同時計算。在傳統計算機系統中，一個比特在同一時間，只有0或1，只存在一種狀態，但量子比特可以同時是1和0，兩種狀態同時存在，這種效果叫量子疊加，這是量子電腦計算獨有的特性，這使得量子計算機可以解決對傳統計算機來說過於複雜的問題。
離子阱量子計算機是量子計算最有前途的量子技術類型之一，但要製造出具有足夠量子比特的量子計算機用於實際應用一直是個挑戰。
杜克大學量子計算機硬體設計研究員金俊熙（Junki Kim）表示："在與馬裡蘭大學的合作中，我們已經設計並構建了幾代完全可編程的離子阱量子計算機。這個系統是最新的努力，許多導致長期可靠性的挑戰被正面解決。"
離子阱量子計算機是將離子冷卻到極低的溫度，這使得離子可以懸浮在超高真空的電磁場中，然後用精確的雷射器進行操作，形成量子比特。
到目前為止，在大規模離子阱系統中實現高計算性能一直受到與背景分子的碰撞擾亂離子鏈、雷射束驅動離子所看到的邏輯門的不穩定性，以及來自誘捕電極的電場噪聲影響。
在新研究當中，金和同事們通過新方法來解決這些挑戰。離子被捕獲在一個閉合循環，低溫恆溫器內的局部超高真空外殼中，冷卻到4K溫度(零下269.15攝氏度)，幹擾最小。這種安排消除了與環境中殘餘分子碰撞所產生的對量子比特鏈的幹擾，並有力地抑制了阱表面的異常加熱。
為了實現乾淨的雷射束輪廓，並將誤差降到最低，研究人員使用光子晶體光纖來連接拉曼光學系統的各個部分，以驅動量子比特門，這是量子電路的構件。此外，操作量子計算機所需的精巧雷射系統被設計成可以從光學臺上取下來，安裝在儀器架上。然後，雷射束通過單模光纖輸送到系統中。這種新的光學系統方法從根本上消除了機械和熱的不穩定性，為困繞離子的量子計算機創造了一個關鍵的雷射裝置。
研究人員已經證明，該系統能夠自動按需加載離子量子鏈，並能利用微波場進行簡單的量子操作。該團隊在實現糾纏門方面取得了紮實的進展，其方式可以擴展到完整的32個量子比特。
在未來的研究中，該團隊計劃將硬體專用軟體與離子阱量子計算硬體進行整合。由全連接的離子阱量子比特和硬體專用軟體組成的全集成系統將為最終的，可實用的離子阱量子計算機奠定基礎。